ノイズ対策の方法

bar


部品によるノイズ対策
1.コンデンサによるノイズ対策
ノイズ対策に使用するコンデンサの特性は、周波数の低い成分に対してはインピーダンスが高く、逆に周波数の高い成分に対してはインピーダンスが低くなります。従って、この特性を利用して高周波成分を取り除き低周波成分を通過させる「ローパスフィルタ」として用いられることが一般的です。

また、ノイズ対策におけるコンデンサの別の用途としてはバイパスコンデンサがあります。バイパスコンデンサの主な目的は電源電圧の変動を押さえ込むことが目的ですが、プリント基板上で使用する場合は、電源層とGND層間の静電容量を増加させることで交流的なインピーダンスを低下させることができるのでノイズ対策には有効な手段となります。

原理を説明すると、例えばデジタルLSIなどが動作する際、瞬間的に大きな電流が流れるのをデカップリングコンデンサを使用することで高周波成分をバイパスさせることができ、高周波電流がプリント基板上に分布するのを防止しノイズを低減させることができます。

なお、バイパスコンデンサとして使用する場合、ノイズの低減を求められる周波数帯によって、コンデンサの静電容量を選択します。さらに、バイパスコンデンサによってI Cを安定に動作させるための高周波電流を供給できることもメリットの一つです。ただし、デカップリングコンデンサとして使用する際の注意点としては、差動で流れない電源電流成分はデカップリングが不可能であるということです。この場合はコンデンサを使用することで逆に放射ノイズに対し悪影響を与えることもあります。


2.コイルによるノイズ対策
前述のコンデンサは周波数が高くなるとインピーダンスが下がり回路を短絡する働きをしますが、コイルやフェライトビーズは周波数と共にインピーダンスが増大し、回路を開放する役目を果たします。こうした特性を活かしてコイル(インダクタンス)もノイズ対策部品として使用されます。

コイルを負荷に直列に接続すると、電源側から流入する不要な高周波成分がコイルによって阻止されて、負荷へ流入する高周波電流が低減されます。ノイズ低減用のコイルには低周波コイル、高周波コイルがあります。コイルの定格は定格周波数、公称インダクタンス、公称インダクタンスの許容差、定格電流、使用温度範囲などの項目で表わされ、電気的特性はインダクタンス、直流抵抗、実効抵抗、Q、共振周波数、分布容量などの項目で評価されます。

上記の通りコイルは周波数と共にインピーダンスが増大するので、コイルによるノイズ対策は対象とする回路の電源および負荷のインピーダンスが低い場合に有効になり、主にAC電源ライン、DC電源ラインなどのノイズ低減に用いられます。

なお、信号ラインで使われるコイルとしては、プリント基板によく使われる高周波ノイズを低減させる目的でコイルとコンデンサを併用したフェライトビーズが使用されます。


3.サージ吸収素子によるノイズ対策
ノイズという概念は非常に広く、高周波のノイズから電源ラインのサージまで含まれます。そのうち、電源ラインなどの外来サージを吸収するノイズ対策部品としては、C- R回路、耐雷トランス、バリスタ、ツェナーダイオードなどがあります。


4.アイソレーション素子・部品によるノイズ対策
導体ノイズのうちコモンモードノイズを遮断するために用いられるノイズ対策部品です。コモンモードノイズに対する一般的な対策としては、GND電位のレベルを同一基準にする、あるいはGNDループを作らない、といったことがあります。

これを実現するためには各々の機器のGNDを切り離し、コモンモードのノイズ電流のループを遮断することが必要であり、ノイズ源と機器を切り離す(アイソレーション)ことが最も有効な手段です。

こうしたノイズ源と機器を切り離すノイズ対策に有効なアイソレーション素子やアイソレーション部品としては、絶縁トランス、フォトカプラ、リレー、コンデンサなどが挙げられます。なお、ノイズ対策の分野でいうアイソレーションとは、必要とする情報に対しノイズ源を分離することを指します。


5.シールドによるノイズ対策
シールドによるノイズ対策とは、電磁界ノイズを反射あるいは吸収することで、ノイズの放射または侵入を抑制することです。シールドに用いられる材質は一般的には電動性の高い鉄・アルミなどの金属板が使用されます。このシールドを用いて、ノイズ発生源またはノイズの妨害を受ける回路ブロックをプリント基板上で覆うことでノイズ対策を行います。

プリント基板によるノイズ対策
1.VCC・GNDパターンを大きく取る
基本的には、プリント基板のパターンのうちVCCとGNDの面積を大きく、また向かい合う面積をできるだけ大きく取るようにします。そうすることでプリント基板の静電容量をかせぐことができ、プリント基板から放射されるノイズが減少することになります。

2.パターンは並走させない
並走するパターン同士は電磁的な結合が強まって、いわゆるクロストークを発生し正常な信号が乱されることがあります。基板面積の問題から困難な場合がありますが、極力配線間隔を広くとることがノイズ対策を行なう上で必要です。


3.配線をできるだけ短くする
配線の長さが短ければ、反射やクロストークの発生も低減することができます。さらに配線の長さを短くすることで電磁界の広がりも抑えることができます。


4.配線パターンのインピーダンスを変化させない
パターンが不連続な部分、例えば配線の先端が開放されている、パターンが直角に曲がっている、パターンが急に細くなっている部分はインピーダンスが急激に変化します。
このようなインピーダンスが急激に変化するパターンになると電磁界の分布が不連続となるため、反射が発生して電磁界が広がりノイズを発生させる原因になります。
よって、プリント基板の設計上はインピーダンスの変化を極力起こさないように設計することが求められます。


5.リターンパスを確保する
プリント基板上で信号が伝達する経路は、VCCとGNDを含めて一つの回路となります。
信号ラインのみではなく、リターンパスを確保するようにプリント基板のパターンを設計しないと、特に高速信号の際にはノイズを発生しやすくなります。


6.パターンがアンテナにならないようにする
ノイズ、すなわち電磁波が放射されるにはアンテナとなるものが必要となりますが、信号スピードが速くなっている昨今の電子回路では、プリント基板のパターンもアンテナとなってしまいます。その結果、ノイズを発生・発信したり傍受してしまったりすることがありますので、パターンを設計する上でも注意が必要です。


   
   
   
   
   
   
   
   
   
bnn_Inq.gif